互动科普

作为一种高效的基因编辑工具，CRISPR非常有名。但首先也是最重要的是，它是细菌抵抗病毒的防御机制。受到这种巧妙的自然系统的启发，研究者发现，CRISPR还有其他用途——可以作为微型“录音机”，记录细菌DNA链上的生物学信号。

研究人员相信，这种细菌录音机最终能够用于检测身体机能（如消化能力）的异常、监测海洋污染水平，或是用于探测土壤中营养物质的变化。除了检测信号之外，细菌录音机的工作原理与很多细菌和其他单细胞生物体内的天然CRISPR系统非常相似。

CRISPR是一段DNA序列，能识别、记录细菌碰到的病毒基因，并发出指令，让细菌杀死任何试图劫持细菌的病毒。天然CRISPR系统能记忆病毒DNA，而细菌录音机则能追踪多种生化信号，例如可以检测出人类肠道中是否存在岩藻糖，从而判断那里是否受到感染。

当细菌感知到一个特殊信号，会制造很多触发DNA（trigger DNA），在基因“磁带”的一端开始记录。这些信号消失后，磁带也会继续记录细胞内的其他DNA碎片产生的“背景噪声”。这些背景信号便是记录中的时间戳。哥伦比亚大学的科学家在2017年12月出版的《科学》杂志上报道了这些发现。

研究者认为，可以把数百万个装备了CRISPR工具的细菌应用到人体或环境中，让它们记录信息，而研究人员可以从排泄物或土壤中回收这些细菌，然后读取“磁带”上的内容。与以往大多数生物记忆系统不同，该系统完全由细菌细胞控制。

斯坦福大学的合成生物学家德鲁·安迪（Drew Endy，未参与这项研究）评论道：“CRISPR工具会根据环境的改变自己编写信息，而在之前的研究中，那些生物记忆系统就像提线木偶一般——DNA确实可以记录，但需要有人在背后操纵。”

哥伦比亚大学的这项研究表明，尽管这项技术只在实验室测试过，但该系统可以在大肠杆菌中连续3天对3种不同信号进行记录，。

安迪说：“记录能力会随着时间推移而衰减，这可能是因为作为“磁带”的存在对细菌的生存没有好处。”他还指出，信号必须持续6小时才能被准确记录下来，这显然不利于记录转瞬即逝的信号。这项研究的参与者、哥伦比亚大学的资深合成生物学家哈里斯·王（Harris Wang，音译）希望，未来能够加速记录过程。